La manipulación de células madre en laboratorio ha llegado más lejos

Hay ejemplos del uso de biomateriales que ya han cruzado la frontera de la teoría para aterrizar en la cama de los pacientes. En mayo del año pasado, un grupo de investigadores de la Universidad de Michigan junto a médicos del hospital infantil Akron de la misma localidad estadounidense publicaron en The New England Journal of Medicine un artículo en el que describían cómo habían salvado la vida de un bebé gracias a una pieza de tráquea biocompatible fabricada por una impresora 3D.

El pequeño, de dos meses, sufría un problema respiratorio que le provocaba insuficiencia cardiaca. Padecía una enfermedad (traqueobroncomalacia) que se caracteriza por la debilidad de la tráquea y facilita su oclusión, lo que implica que el aire no pueda entrar en los pulmones. Para combatirla, los investigadores diseñaron un pequeño tubo rígido que reproducía el segmento de la tráquea lesionado, que copiaron a partir de una imagen tomográfica de la vía respiratoria del niño. El material empleado en este caso fue la policrapolactona, un polímero que el cuerpo biodegrada en tres años, el tiempo que necesita la tráquea del pequeño para crecer, madurar y mantenerse abierta por sí misma.

En todos estos casos se han diseñado objetos con material biológico (como el polímero de la tráquea) o capaces de integrarlo (como pretende Becerra). Pero el final del camino está en la aspiración de elaborar con bioimpresoras órganos complejos completos, con la dificultad que supone integrar los distintos tipos de células que los forman, lograr que todas ellas se interrelacionen, que cumplan con sus funciones y que se logre una estructura tridimensional sólida estable capaz de desempeñar la tarea del órgano que va a sustituir. Todo ello usando cartuchos de células vivas obtenidas de cultivos en el laboratorio.

El esquema básico de estos equipos sería el de un aparato que emplea dos tipos de cabezales. Uno está encargado de inyectar las células humanas. El otro, de depositar los geles que sirven de matriz o de soporte de las células; y que permite ensamblar capas una encima de otra así como dar forma tridimensional al órgano. Todo ello con la precisión que permite el láser.

Anthony Atala es el director del Wake Forest Institute For Regenerative Medicine de Winston-Salem (Carolina del Norte, EE UU). Es conocido por ser uno de los mayores convencidos de las ventajas que puede reportar en el futuro el desarrollo de órganos mediante impresoras 3D. Atala ha descrito en alguna ocasión que el camino que lleva a la elaboración de riñones o hígados en estos equipos ha de pasar necesariamente por cuatro fases de dificultad creciente.

La primera consiste en ser capaces de imprimir células y que se unan formando estructuras laminares, como puede ser la piel. El paso siguiente será lograr formas tubulares en las que se empleen al menos dos tipos celulares distintos. Más adelante, se trataría de conseguir órganos con forma hueca, como por ejemplo el estómago o la vejiga; para finalmente ser capaces de fabricar un riñón, un corazón o un hígado, es decir, estructuras sólidas integradas por distintas modalidades de células y de características complejas (el corazón, por ejemplo, además de tener células capaces de contraerse de forma rítmica, tiene válvulas de un material distinto a los cardiomiocitos)

Existen distintos trabajos que han conseguido alcanzar de forma experimental algunas de estas etapas, aunque sea parcialmente. Investigadores de la escuela de medicina de Hannover han logrado imprimir células de piel. El propio Atala muestra en alguna de sus presentaciones en público un pseudoriñón fabricado por uno de estos equipos. Se trata de una estructura con forma ovalada, de aspecto gelatinoso y rosáceo, unos prototipos que están lejos aún de ser funcionales y de tener uso clínico, pero muy efectistas. Aunque probablemente los desarrollos más complejos obtenidos, y, desde luego, comercializados, son los realizados por la empresa Organovo.

Como muestran en su página web, esta firma estadounidense ha desarrollado impresoras 3D capaces de crear tejido hepático. El pasado mes de abril, la compañía anunció que había conseguido recrear con uno de sus equipos pequeñas muestras de minúsculos minihígados iban más allá de los cultivos en dos dimensiones convencionales. Alcanzaba las 500 micras (0,5 milímetros) de espesor, lo que equivale a unas 20 capas de células superpuestas unas encima de otras.

Uno de los aspectos más relevantes del trabajo es que se combinaron distintos tipos celulares: hepatocitos, células estrelladas del hígado y de las paredes de los vasos sanguíneos. Y que el tejido impreso mostró la capacidad de ejecutar algunas de las funciones hepáticas, como por ejemplo la producción de proteínas como la albúmina o la transferrina. Además, a un ritmo superior que en los cultivos en laboratorio convencionales.

Además, presentó cierta capacidad de desarrollar una microred de vasos sanguíneos. Este es un aspecto clave en esta tecnología, ya que a medida que se consigan órganos más grandes, se ha de ser capaz de nutrir todas las células del tejido fabricado, para lo que se necesita manejar las claves de la angiogénesis (la creación de vasos) y poder de esta forma llevar el riego sanguíneo a todos los rincones del nuevo órgano. En términos generales, ésta es una cuestión que no se ha resuelto. “En laboratorio se ha logrado algo, pero [la vascularización de tejidos] no se ha conseguido”, comenta Becerra.

El propósito de la creación de tejidos y órganos de repuesto que persigue la medicina regenerativa se está persiguiendo desde otros frentes. Existen avances ilusionantes obtenidos gracias a la manipulación de células madre sin la necesidad de recurrir a las impresoras 3D. Por ejemplo en el caso del trasplante de tráquea, existen distintas experiencias. En algunos casos usando órganos de donante que se han vaciado de todas las células inmunológicamente activas para, posteriormente, repoblar la matriz tubular resultante con las células de la paciente. Esta misma técnica se ha empleado con tubos de estructuras plásticas porosas —algo similar a lo que pretende Becerra con el titanio— también con éxito.

Pero quizás el trabajo más destacado con células madre en esta parcela son los microhígados creados en el laboratorio por parte del investigador japonés Takanori Takebe. A partir de un cultivo de simples células de la piel reprogramadas (las famosas IPS o de pluripotencia inducida) junto con otros dos tipos celulares (la vena del cordón umbilical y células madre mesenquimales) consiguieron unas estructuras hepáticas de cuatro milímetros —más grandes de las fabricadas por las impresoras de Organovo— y con mayor grado de riego sanguíneo.

Los defensores de las impresoras 3D sostienen que probablemente esta tecnología permita mayor rapidez en la creación del órgano y ofrezca mayor precisión en el ensamblaje celular. Lo cierto es que los dos caminos permitirían elaborar tejidos compatibles con los receptores y acabar con la escasez de órganos para trasplante que existe en la actualidad. Hay otro punto en común. En ambos casos tendrán que pasar décadas antes de que lleguen a ser una realidad, si finalmente llegan a convertirse en una opción terapéutica real.